虚拟仪器技术的应用及发展

浅谈虚拟仪器技术的应用及发展
摘要：虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。

灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。

这也正是ni近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。

关键词：虚拟仪器滤波
一、虚拟仪器技术概述
虚拟仪器（virtual intrument，简称vi）是计算机技术与仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪器，是对传组仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命。

虚拟仪器是继第一代仪器——模拟式、仪表器二代仪器——分立元件式仪表、第三代仪器——数字式仪器、第四代仪器——智能化仪器之后的新一代仪器。

虚拟仪器是在计算机的显示屏上虚拟了传统仪器面板的计算机化仪器，它尽可能多的将原来由硬件电路完成的信号调理和信号处理的功能，代替为计算机的程序来完成。

这种硬件功能软件化，是虚拟仪器的一大特征。

操作人员在计算机的屏幕上利用指点设备操作虚拟的仪器，就象操作真实的仪器一样，完成对被测量的采集、显示、分析、处理、存储及数据生成。

是一种以计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机屏幕上显示虚拟的仪
器面板，可由用户软件来定义仪器功能的仪器。

虚拟仪器系统可以广泛地应用在通讯、自动化、半导体、航空、电子、电力、生化制药、和工业生产等各种领域。

现有的虚拟仪器系统按硬件工作平台主要可分为基于pc总线的虚拟仪器、基于vxi 的虚拟仪器、基于pxi的虚拟仪器，所应用场合不同各有其特点。

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。

灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。

这也正是ni近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。

只有同时拥有高效的软件、模块化i/o硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。

二、虚拟仪器应用之滤波
在目前的测试领域中，越来越广泛地利用相关检测的方法进行滤波，利用相关滤波可以方便地从复杂的待测信号（包括有用信号、随机噪声和谐波频率等成分等）中分离出某一特定频率的信号，在数字技术迅速发展以后，相关滤波也经常利用a/d板对信号采样后，在计算机中实现，成为数字滤波器的一种形式，本文设计了一种实现相关滤波的方法，这是相关分析在测试技术中的一个典型应用。

labview是美国国家仪器公司推出一种基于“图形”方式的集成化程序开发环境，是目前国际上唯一的编译型图形化编程序言，在以
pz机为基础的测量和工控软件中，labview开发环境具有一系列优点，从流程图式的编程，不需要先编译就存在语法检测和调试过程使用的数据指针，到其丰富的函数、数值、信号处理和设备驱动等功能，应用labview进行滤波器设计，效率高，操作简单，并能对误差精度进行实时调整，把传统仪器利用labview用软件的方法来实现，开发周期短，易于维护和升级，可以设计出传统仪器所不能比拟的虚拟仪器，“软件就是仪器”——这就是虚拟仪器技术的精髓。

三、虚拟仪器技术的发展
由it产业特征决定了vi技术必须走标准化、开放性这条技术路线，目前vi已发展成具有gpib、pc-daq、vxi和pxi四种标准体系结构的开放技术。

1998年ni公司又发布了虚拟硬件和可互换虚拟仪器(ivi)的概念，与此同时产生ivi技术开发规范。

此规范使程序的开发完全独立于硬件，提高了程序代码的复用性，大大降低了应用程序的维护费用，必将成为测控技术的主要基础技术之一。

尽管internet技术最初没考虑如何将嵌入式智能设备连接一起，不过ni等公司已通过web浏览器观测嵌入式设备的产品，使人们可以通过internet操作仪器设备，进而形成遍布家庭、办公室和工业现场的分布式测控网络。

而有关mcn方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。

随着测量、控制过程的进一步网络化，一个真正虚拟化的测控时代即将到来。

随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善，虚拟仪
器将向以下三个方向发展：
1.外挂式虚拟仪器
pc-daq式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统，但是，由于基于pci总线的虚拟仪器在插入daq时都需要打开机箱等，比较麻烦，而且，主机上的pci插槽有限，再加上测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁，同时，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，故以usb接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流。

2.pxi型高精度集成虚拟仪器测试系统
pxi系统高度的可扩展性和良好的兼容性，以及比vxi系统更高的性价比，将使它成为未来大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。

3.网络化虚拟仪器
尽管internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过ni等公司已开发了通过web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过internet操作仪器设备。

根据虚拟仪器的特性，我们能够方便地将虚拟仪器组成计算机网络。

利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。

现在，有关mcn(measurement and control networks)方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。

由此可见，网络化
虚拟仪器将具有广泛的应用前景。

四、结语
传统仪器是由厂家设计并定义好功能的封闭式机构，每种仪器实现一种特定的功能。

随着计算机技术和传统仪器仪表技术的结合，在必要的数据采集硬件和计算机的帮助下，通过软件实现仪器的全部功能的新式仪器——虚拟仪器出现了。

虚拟仪器技术作为新兴的构造仪器技术，它可以部分实现甚至全部实现物理仪器功能。

与传统仪器相比具有许多优点：对测试量的处理和计算可更复杂且处理速度更快，测试结果的表达方式更加丰富多样，可以方便地存储和交换测试数据，价格低，技术更新快。

它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。